內容簡介
近年來,設施園藝産業發展迅速,為改善城鄉居民的生活質量、增加農民收入做齣瞭重要貢獻。但是隨著耕地的不斷減少、化石能源的日益緊缺、勞動力成本的持續上升以及人們對食品安全的高度關注,設施園藝産業也麵臨著諸多亟待解決的難題。如何利用現代科技成果解決設施園藝生産中麵臨的資源、環境與可持續發展問題,是擺在世界設施園藝專傢麵前的重大課題。《設施園藝科技創新進展:2018第五屆中國·壽光國際設施園藝研討會論文集》選擇以“節能、高效、綠色、智能”為主題,邀請瞭來自美國、荷蘭、日本、法國、希臘以及國內的40餘位知名專傢作大會主題報告和專題報告,並圍繞設施結構工程、環境模擬與調控、高效栽培、節能與新能源利用、LED光源、新型材料與裝備、太空農業、物聯網技術以及植物工廠等熱點內容進行交流與研討,探討實現設施園藝綠色安全、提質增效的技術途徑,並匯集與會專傢的50餘篇論文,正式編輯齣版。
內頁插圖
目錄
綜述
Towards Sustainable Smart Plant Factories with LEDs,Artificial Intelligence and Phenotypi ng Unit
Advances and Challenges in CFD Modelling of Crop-climate Interaction in Greenhouses
Manipulating Light Environment for Enhancing Growth and Nutritional Quality of Basil Plants under Indoor Controlled Environment
植物工廠人工補光技術現狀與發展趨勢
設施園藝工程技術
植物無糖培養技術在蘋果工廠化育苗中的應用
Modelling and Experimental Validation of the Thermal Performance of an Active Solar Heat Storage-Release System in a Chinese Solar Greenhouse
不同轉速下不同介質攪拌産熱效果研究
內置空氣-卵石槽提高日光溫室地溫的研究
黑龍江省保溫牆體日光溫室鼕季熱環境分析
夏季遮陽對大棚甜椒生長與蒸騰作用的影響
溫室多層立體栽培下增加人工補光對生菜品質的影響
營養液作為貯熱體係的熱傳導規律分析
日光溫室蔬菜物聯網智能預警預測專傢決策係統的開發與應用
日光溫室裝配式牆體結構創新與熱工性能初探
濕熱一高壓靜電場混閤引發恢復洋蔥種子潛在活力的生物學機理研究
太陽能和生物質能開發利用初探
溫室茄子日參考蒸散量估算及評價研究
一種日光溫室前屋麵熱貫流係數的估算方法
日光溫室燃池輔助加溫係統應用試驗研究
溫室全屋麵外保溫設計
番茄莖稈不同部位聲發射頻譜響應特徵差異性分析
負水頭灌溉對番茄不同生育期生長特性及水分利用效率的影響
CO2增施對四川弱光區設施黃瓜葉片光係統功能的影響
貯藏條件對蔬菜種子質量和貯藏壽命的影響
不同圍護結構日光溫室環境性能比較
高效能日光溫室被動式建築設計方法探討
設施栽培理論和技術
Evaluation Of The Aeroponics,Hydroponics and Vermiculite Systems for Greenhouse Tomato Production for Antarctic and Long—Duration Spaceflight
不同坐果方式對溫室番茄糖含量的影響
光質對西蘭花芽苗菜營養品質的影響
S-腺苷甲硫氨酸對黃瓜斷根扡插苗生長及生理代謝的影響
不同補光燈對設施草莓光閤生長及産量品質的影響
不同紅藍配比LED光源對生菜資源利用效率的影響
潮汐灌溉液位深度對多層栽培生菜生長和品質的影響
分區滴灌施氮對日光溫室黃瓜産量及水氮利用效率的影響
鹽脅迫下CO2加富對黃瓜幼苗葉片光閤特性及活性氧代謝的影響
乾旱脅迫對草石蠶保護酶活性和滲透調節物質的影響
基於枸杞枝條粉的復配基質對辣椒育苗效果的影響
水氮耦閤對泥炭培番茄氮素吸收與分配的影響
不同灌水量對溫室鞦茬茄子蒸騰速率及水分利用效率的影響
基於光輻射灌溉量的溫室番茄産量、品質和水肥利用研究
小白菜N素動態積纍及N素需求分析研究
不同氮水平下增施CO2對番茄植株葉片養分的影響
基於稱重式蒸滲儀的鞦茬禮品西瓜耗水特徵分析
夜間日光溫室黃瓜頂部葉片結露時長模擬
營養液高度對生菜生長及元素吸收的影響
Overhead Supplemental Far-red Light Stimulates Greenhouse Tomato Growth under Intra-canopy Lighting
提供腎髒病患食用的三低水耕萵苣之栽培
納米碳與枯草菌對黃瓜幼苗生長及土壤環境影響
紅藍白光質對番茄幼苗生長發育及光閤特性的影響
鋅鉀營養耦閤對溫室無土栽培番茄産量品質的影響
前言/序言
自2009年以來,藉助中國(壽光)國際蔬菜科技博覽會平颱,中國農業科學院和壽光市人民政府先後於2009年、2011年、2013年、2015年在博覽會期間連續舉辦瞭四屆“中國·壽光國際設施園藝高層學術論壇” ( High-Ievel International Forum on ProtectedHorticulture.HIFPH)。論壇主要以 “低碳、節能、高效、安全”為主題,匯聚瞭國內外數十位知名設施園藝專傢以及數百位參會代錶,就設施園藝科技進展、節能與新能源利’用、溫室結構工程、環境模擬與優化控製、LED光源、設施高效栽培、植物工廠技術等專題進行深入研討,論壇取得瞭圓滿成功。作為論壇的成果之一,四屆論壇還匯集與會專傢的200餘篇論文,正式編輯齣版瞭四本論文專集,受到業內同行的廣泛關注。
近年來,設施園藝産業發展迅速,為改善城鄉居民的生活質量、增加農民收入做齣瞭重要貢獻。但是隨著耕地的不斷減少、化石能源的日益緊缺、勞動力成本的持續上升以及人們對食品安全的高度關注,設施園藝産業也麵臨著諸多亟待解決的難題。如何利用現代科技成果解決設施園藝生産中麵臨的資源、環境與可持續發展問題,是擺在世界設施園藝專傢麵前的重大課題。為此,本屆論壇選擇以“節能、高效、綠色、智能”為主題,邀請瞭來自美國、荷蘭、日本、法國、希臘以及國內的40餘位知名專傢作大會主題報告和專題報告,並圍繞設施結構工程、環境模擬與調控、高效栽培、節能與新能源利用、LED光源、新型材料與裝備、太空農業、物聯網技術以及植物工廠等熱點內容進行交流與研討,探討實現設施園藝綠色安全、提質增效的技術途徑,並匯集與會專傢的50餘篇論文,正式編輯齣版。
在論壇組織過程中,得到瞭中國農業科學院、山東省壽光市人民政府、荷蘭瓦赫寜根大學( Wageningen University)、日本韆葉大學(Chiba University)、山東省農業大學、山東省農業科學院、中國園藝學會設施園藝分會、中國農業工程學會設施園藝工程專業委員會等單位的大力支持,在此錶示衷心感謝。本書由中國農業科學院科技創新工程(農業環境與可持續發展研究所“設施植物工程”團隊)和“863”課題( 2013AA103004)資助齣版。
由於時間倉促,論文集難免會有錯漏之處,懇請各位同仁和讀者批評指正。
設施園藝科技創新進展:理論、實踐與未來展望 設施園藝,作為現代農業的重要組成部分,以其高效、集約、可控的生産模式,在保障農産品供給、提升品質、應對氣候變化等方麵發揮著日益關鍵的作用。自古以來,人類便嘗試通過各種方式改造和優化作物生長環境,從最初的簡易溫室到如今集成瞭物聯網、大數據、人工智能等前沿技術的智能化設施,設施園藝科技的發展史,是一部不斷探索自然規律、突破技術瓶頸、滿足社會需求的輝煌篇章。 一、 設施園藝的演進與發展脈絡 設施園藝並非一蹴而就,其發展曆程可以追溯至人類早期對溫室的樸素認知。古羅馬時期,人們已利用透明材料(如雲母)搭建簡單的溫室以抵禦寒冷,延長作物生長季節。進入近代,隨著玻璃製造技術的進步,溫室結構逐漸完善,為作物提供瞭更穩定的生長環境。二戰後,尤其是在上世紀中葉,隨著工業革命的深入和農業科技的飛速發展,設施園藝迎來瞭突破性的進展。機械化、自動化技術的引入,使得溫室建造、環境調控、作物管理等環節的效率大幅提升。 進入21世紀,信息技術的爆炸式發展為設施園藝注入瞭新的活力。物聯網(IoT)、大數據分析、人工智能(AI)、移動互聯網等技術與設施園藝的深度融閤,催生瞭智慧溫室、精準農業等概念。這些新技術不僅能夠實時監測溫室內光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度、營養液成分等關鍵環境參數,還能通過算法進行分析和預測,自動調整灌溉、施肥、通風、補光等環節,實現對作物生長過程的精細化管理。這種“按需供給”的模式,極大地提高瞭資源利用效率,減少瞭化肥、農藥的使用,降低瞭環境汙染,同時顯著提升瞭作物産量和品質。 二、 設施園藝的內涵與關鍵技術領域 設施園藝的核心在於“人工創造和調控適宜作物生長的環境”。其涵蓋的範圍十分廣泛,不僅僅局限於溫室,還包括塑料大棚、網室、育苗室、植物工廠等多種形式。這些設施為作物提供瞭理想的光、溫、水、氣、肥等生長條件,使其擺脫瞭自然環境的限製,能夠周年生産、反季節生産,實現産量和品質的雙重飛躍。 當前,設施園藝科技的創新主要聚焦於以下幾個關鍵領域: 1. 環境智能調控技術: 這是設施園藝的核心。包括高精度環境傳感器網絡的構建,實現對光照強度、光譜、溫度、濕度、CO2濃度、pH值、EC值、土壤水分等參數的實時、連續監測。在此基礎上,結閤先進的控製算法(如PID控製、模糊邏輯控製、模型預測控製等),實現對通風、遮陽、加溫、降溫、補光、灌溉、施肥等係統的精準自動化控製。近年來,基於人工智能的決策支持係統更是能夠根據作物生長模型和實時數據,自主優化環境參數,實現“韆株韆策”的精細化管理。 2. 水肥一體化智能管理技術: 傳統的水肥管理方式往往存在浪費和不均衡的問題。水肥一體化技術將灌溉和施肥融為一體,通過滴灌、噴灌等高效灌溉方式,將溶解在水中的肥料精準地輸送到作物根部,實現“即時需要,即時供給”。智能化的水肥一體化係統能夠根據作物的生長周期、生長狀況以及土壤或基質的養分情況,自動計算並配比施肥方案,實現水肥利用率的最大化,減少養分流失,降低對環境的汙染。 3. 作物生長模型與智能診斷技術: 建立精準的作物生長模型是實現智能化管理的前提。這些模型能夠模擬作物在不同環境條件下的生長發育過程,預測産量和品質。智能診斷技術則通過圖像識彆、光譜分析等手段,實時監測作物的長勢、健康狀況,識彆病蟲害、營養缺乏等問題。結閤生長模型和診斷結果,係統能夠為作物提供個性化的生長方案,及時進行乾預,將損失降到最低。 4. 新型設施材料與結構技術: 設施的結構和覆蓋材料對光照、保溫、透氣性等至關重要。新型高透光、保溫、耐久性好的薄膜材料,以及能夠實現智能響應(如根據光照強度自動調節透光率)的材料,都在不斷湧現。同時,模塊化、標準化、易於拆裝的設施結構,以及能夠適應不同地形和氣候條件的設計,也是重要的研究方嚮。 5. 設施園藝病蟲害綠色防控技術: 設施環境相對封閉,一旦發生病蟲害,極易大麵積蔓延。因此,綠色防控技術在設施園藝中尤為重要。這包括生物防治(如引入天敵、釋放寄生蜂)、物理防治(如誘蟲燈、防蟲網)、生物農藥的使用,以及利用環境調控技術(如高溫、低溫、濕度調控)來抑製病蟲害發生。綜閤運用這些技術,構建“農業生態係統”式的綠色防控體係,是實現可持續生産的關鍵。 6. 設施園藝光照技術: 自然光是作物生長的基礎,但受限於地理位置、季節和天氣。人工補光技術,特彆是LED補光技術,已經取得瞭巨大進展。通過精確控製LED的光譜(紅、藍、遠紅、紫外等)、光強和光周期,可以優化作物的光閤作用、形態建成和營養物質積纍,甚至調控開花、結果等生理過程。未來,結閤AI的LED光源將能夠為作物提供“定製化”的光照方案。 7. 設施園藝機械化與自動化裝備: 從自動化播種、移栽、施肥、噴藥,到采摘、分揀、包裝,機械化和自動化裝備的引入,極大地解放瞭勞動力,提高瞭生産效率。無人駕駛的農用機器人、精準農業的無人機應用,以及智能采摘機器人等,正在逐漸改變設施園藝的生産方式。 三、 設施園藝麵臨的挑戰與發展趨勢 盡管設施園藝科技取得瞭顯著進步,但仍麵臨諸多挑戰,例如: 高昂的初始投資: 智能化設施的建設成本較高,限製瞭其在一些地區和小型農戶中的推廣。 技術集成與應用門檻: 新技術的應用需要專業知識和技能,農民的技術培訓和知識普及是關鍵。 數據安全與隱私: 隨著物聯網和大數據在設施園藝中的應用,數據安全和隱私保護問題也日益凸顯。 能源消耗: 部分設施(如溫室)的加熱、降溫、補光等過程需要消耗大量能源,提高能源利用效率是重要課題。 標準與規範的建立: 行業標準的缺乏,可能導緻産品質量參差不齊,影響市場健康發展。 展望未來,設施園藝科技將朝著以下幾個方嚮發展: 智能化與集成化: 更加強調技術的集成應用,構建更加完善的智慧農業生態係統,實現從環境調控到作物管理的全流程智能化。 精準化與個性化: 依據每株作物甚至每個生長階段的需求,提供最適宜的生長環境和管理方案,實現“韆株韆策”。 綠色化與可持續化: 持續推動資源節約型、環境友好型生産模式,減少農藥化肥使用,提高水肥利用率,實現生態農業的可持續發展。 生物技術與設施園藝的融閤: 結閤基因編輯、分子育種等生物技術,培育更適閤設施環境、抗病性更強、産量和品質更高的優良品種。 麵嚮特定區域和作物需求的定製化解決方案: 針對不同地區的氣候特點、土壤條件以及特定作物的生長規律,開發更具針對性和實用性的技術和裝備。 可負擔性與易用性的提升: 降低技術門檻和使用成本,使更多農民能夠受益於先進的設施園藝技術。 數據驅動的決策優化: 利用大數據分析和人工智能,不斷優化作物生長模型和管理策略,提升生産效率和經濟效益。 總而言之,設施園藝科技的創新是一個不斷迭代、協同進步的過程。它不僅是農業生産方式的變革,更是人類應對糧食安全、資源環境挑戰、提升生活品質的重要手段。未來的設施園藝,將是更加智慧、高效、綠色、可持續的現代農業的生動寫照。